CN205941903U - 测距仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种测距仪，包括光机本体(1)、光敏元件(2)、作为外参考的第一光源和作为内参考的第二光源，所述的第一光源为发射激光管(3)，所述的第二光源为发光二极管(4)，所述的发射激光管(3)通过向待测点发射激光，所述激光经待测点反射回至光敏元件(2)，所述的发光二极管(4)在光机本体(1)内照射，并使光敏元件(2)受光，以修正光敏元件因温度而产生的误差。所述的光敏元件(2)为雪崩光电二极管，对接收的回波作信号放大处理。本实用新型能够降低APD所带入的误差的测距仪，以提升测距精度和测试速度。
Description
技术领域
本实用新型涉及测距技术领域，具体地说是一种基于相位法的测距仪。
背景技术
相位式激光测距是通过测量连续的调制光波往返距离产生的相位延迟,间接的测定光在空气中往返于待测目标间的飞行时间,从而求出被测距离。现有技术的测距原理存在多种方案，主要有单LD(即半导体激光管)和双LD的方案。
采用单LD的方案是可行的，即可通过马达切换内外光路实现消除光机内部光程差，但是无法修正因为LD温度变化引起的测量误差，存在着不可忽略的因温度变化因素所产生的误差，也在实际使用中得到证实，LD温度上升明显。所以，外参测量时与内参测量时，LD的温度已经发生了显著变化，这是为什么马达切换这种方案下的仪器测量误差比较大的一个重要原因。
而在双LD方案中，通过内外参考LD切换，既消除了光机内部光程差，又因为使用了同样的器件，可以消除因LD温度变化引起的测量误差，而且两颗LD不停的切换过程也降低了LD因连续工作导致温度发生明显变化而引入误差的可能。但是，这种方案中，因为APD(雪崩光电二极管)作为对测距回波接收部分，需要等待两颗LD切换测试，总的测试时间增加了，温度变化也增加了，因此导致误差的可能性也增加了。
由此可见，双LD方案所产生的误差小于单LD的方案，但是双LD方案中，由APD所带来的误差难以消除，其精度还有提升的空间。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型针对上述现有技术存在的误差较大的技术问题，提供了一种降低APD所带入的误差的测距仪，以提升测距精度。
本实用新型的技术解决方案是，提供一种以下结构的测距仪，包括光机本体、光敏元件、作为外参考的第一光源和作为内参考的第二光源，所述的第一光源为发射激光管，所述的第二光源为发光二极管，所述的发射激光管通过向待测点发射激光，所述激光经待测点反射回至光敏元件，所述的发光二极管在光机本体内照射，并使光敏元件受光，以修正光敏元件因温度而产生的误差。
采用以上结构，本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：本实用新型外参考LD(发射激光管)加内参考LED(发光二极管)的方案中，与双LD方案用一个完整测量时间不同的是，用恒定的LED光源照射光敏元件(APD)表面，通过APD对LED光强的反应来修订APD因温度产生的误差。由于这个过程中不需要对LED进行调制、混频等复杂处理过程，也不需要切换不同的频率(测尺)，只需要给一个恒定的驱动电流，所以这个修订APD因温度产生误差的过程相对于一个完整测量时间来讲是极快的；对于同一个频率(一把测尺)不用再切换内外参，很大程度上减少了测试等待时间；几个频率可以连贯的调制到外参LD上，这样下来测量一个距离点的过程比较连贯快捷，APD在这个过程中温度变化较小或者是几乎无变化，可见因温度因素带入的误差大大降低，并缩短了测距的时间，提升了测距精度。
作为优选，所述的光敏元件为雪崩光电二极管，对接收的回波作信号放大处理。雪崩光电二极管是一种p-n结型的光检测二极管，其中利用了载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号以提高检测的灵敏度。
作为优选，所述的雪崩光电二极管的初始高压值设定为90～110V。如果过高的话，APD就失去了放大作用而失效了，这样范围左右两边都有一定的余量，可靠性比较好。
作为优选，所述的测距仪包括主振电路和本振电路，将主振电路产生的高频信号和本振电路产生的低频信号，分别在发射激光管发射和接收中进行混频，将得到的中低频信号,进行相位比较,得到相位差信息。由于测距的调制信号频率比较高,如果直接测量相位信息,则对测相芯片的分辨率要求比较高,而且误差比较大，所以需要进行混频处理。
作为优选，通过AD转换和单片机把所述的相位差信息转换成距离信息。最终得到数字的测距信息，便于显示和观察。
附图说明
图1为本实用新型测距仪的结构框图；
图2为本实用新型测距仪的电路原理图。
如图所示，1、光机本体，2、光敏元件，3、发射激光管，4、发光二极管，5、镜筒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不仅仅限于这些实施例。
本实用新型涵盖任何在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。 此外，本实用新型之附图中为了示意的需要，并没有完全精确地按照实际比例绘制，在此予以说明。
如图1所示，本实用新型的一种测距仪，包括光机本体1、光敏元件2、作为外参考的第一光源和作为内参考的第二光源，所述的第一光源为发射激光管3，所述的第二光源为发光二极管4，所述的发射激光管3通过向待测点发射激光，所述激光经待测点反射回至光敏元件2，所述的发光二极管4在光机本体1内照射，并使光敏元件2受光，以修正光敏元件因温度而产生的误差。发光二极管4的简称为LED。
本实用新型基于外参考LD(发射激光管)加内参考LED(发光二极管)的方案，与双LD方案用一个完整测量时间不同的是，用恒定的LED光源照射光敏元件(APD)表面，通过APD对LED光强的反应来修订APD因温度产生的误差。由于这个过程中不需要对LED进行调制、混频等复杂处理过程，也不需要切换不同的频率(测尺)，只需要给一个恒定的驱动电流，所以这个修订APD因温度产生误差的过程相对于一个完整测量时间来讲是极快的；对于同一个频率(一把测尺)不用再切换内外参，很大程度上减少了测试等待时间；几个频率可以连贯的调制到外参LD上，这样下来测量一个距离点的过程比较连贯快捷，APD在这个过程中温度变化较小或者是几乎无变化，可见因温度因素带入的误差大大降低，并缩短了测距的时间，提升了测距精度。
所述的光敏元件2为雪崩光电二极管，对接收的回波作信号放大处理。雪崩光电二极管即APD，相当于一个把微弱信号放大的光学放大器，是一种p-n结型的光检测二极管，其中利用了载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号以提高检测的灵敏度。图1中，镜筒5作为光线的回收结构，回波为光敏元件2所接收，并对信号进行放大处理。
所述的雪崩光电二极管的初始高压值设定为90～110V。APD特性曲线会随温度变化而左移右移，即：温度变化时，在高压值不变的情况下，信号大小发生了改变，若没有及时发现并消除，就有可能引入测量误差。将初始APD高压值设定在该范围内，这样左右两边都有一定的余量，可靠性比较好。
如图2所示，所述的测距仪包括主振电路和本振电路，将主振电路产生的高频信号和本振电路产生的低频信号，分别在发射激光管发射和接收中进行混频，将得到的中低频信号,进行相位比较。由于测距的调制信号频率比较高,如果直接测量相位信息,则对测相芯片的分辨率要求比较高,而且误差比较大，所以需要进行混频处理。通过AD转换和单片机把所述的相位差信息转换成距离信息。
采用本实用新型还具有成本和测试速度上的优势：在成本上，LED几分钱一颗，LD几块钱一颗，马达几块钱一个(而且需要机构上特殊部件配合)，成本上大幅度降低；在测试速度上，LED替换内参LD的方案快于双LD方案快于马达切换内外参方案；单点稳定性上，LED替换内参LD的方案优于双LD方案优于马达切换内外参方案。LED替换内参LD方案，测试速度至少是双LD方案的1-1.5倍，对于大多数用户来讲应该是极佳的体验，对于需要高速测距的特殊应用场合也有应用的可能性。
以上仅就本实用新型较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本实用新型不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。总之，凡在本实用新型独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本实用新型的保护范围内。
Claims (5)
1.一种测距仪，包括光机本体(1)、光敏元件(2)、作为外参考的第一光源和作为内参考的第二光源，所述的第一光源为发射激光管(3)，其特征在于：所述的第二光源为发光二极管(4)，所述的发射激光管(3)通过向待测点发射激光，所述激光经待测点反射回至光敏元件(2)，所述的发光二极管(4)在光机本体(1)内照射，并使光敏元件(2)受光，以修正光敏元件因温度而产生的误差。
2.根据权利要求1所述的测距仪，其特征在于：所述的光敏元件(2)为雪崩光电二极管，对接收的回波作信号放大处理。
3.根据权利要求2所述的测距仪，其特征在于：所述的雪崩光电二极管的初始高压值设定为90～110V。
4.根据权利要求2所述的测距仪，其特征在于：所述的测距仪包括主振电路和本振电路，将主振电路产生的高频信号和本振电路产生的低频信号，分别在发射激光管发射和接收中进行混频，将得到的中低频信号,进行相位比较，得到相位差信息。
5.根据权利要求4所述的测距仪，其特征在于：通过AD转换和单片机把所述的相位差信息转换成距离信息。
Priority Applications (1)
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| CN201620712216.5U CN205941903U (zh) | 2016-06-30 | 2016-06-30 | 测距仪 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN109164455A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-01-08 | 杭州隆硕科技有限公司 | 一种相位式测距仪 |
| CN109917415A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-06-21 | 深圳市度彼电子有限公司 | 一种激光测距仪 |
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